安翰磁控胶囊胃镜的未来展望(转载)

楼主:mydyry2017 时间:2018-09-03 16:01:05 点击:289 回复:6
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  中国实用内科杂志 2018-08-22 15:01:20
  摘要 : 胶囊内镜是一种无痛的消化道检查方式,检查范围已从小肠逐步扩展至食管、胃、结肠。磁控胶囊胃镜利用磁场控制对胃黏膜进行观察,检查准确度与传统胃镜高度一致。文章综述了磁控胶囊胃镜的研究现状,并对其未来发展趋势进行展望。

  关键词 : 磁控胶囊胃镜 ;活组织检查 ;人工智能

  中图分类号:R44 文献标识码:A

  The future of magnetically controlled capsule gastroscopy. XIA Tian, LIAO Zhuan, LI Zhao-shen. Department of Gastroenterology,Changhai Hospital Affiliated to the Naval Military Medical University, Shanghai 200433, ChinaCorresponding author: LIAO Zhuan, E-mail: zhuanleo@126.comAbstract: Being a painless endoscopic examination, capsule endoscopy can observe the mucosa of digestive tractexpanding from smallbowel to esophagus, stomach and colon. Magnetically controlled capsule gastroscopy observes gastric mucosa by means of magneticcontrol and has a comparative accuracy compared to conventional gastroscopy. This review concludes the research status of magneticallycontrolled capsule gastroscopy and predicts its future development.Keywords: magnetically controlled capsule gastroscopy; biopsy; artificial intelligence

  我国是胃病高发国家,消化性溃疡和胃癌在人群中的患病率达 17.2% 和 30/10 万,远高于西方国家[1-2] 。目前,传统插管式胃镜是检查胃黏膜病变最有效的诊断方式,但在我国人群中接受度低。近年来,磁控胶囊胃镜已广泛应用于国内外临床,成为检查胃黏膜病变的重要手段。本文综述了磁控胶囊胃镜的研究现状,并对其未来的发展趋势进行展望。1 磁控胶囊胃镜的研究现状胶囊内镜最早于 2000 年由以色列科学家研究发明,用于小肠疾病的诊断[3] 。传统胶囊内镜依赖自身重力和胃肠道的蠕动进行被动前进并随机拍摄消化道黏膜,这种方式限制了其对于胃腔内黏膜的观察,因此一度被认为无法用于胃部疾病的诊断。磁控胶囊内镜概念于 2006 年被提出[4] ,相关技术转化在接下来的几年中得到飞速发展。目前主要有 3种磁控方式被应用于胶囊胃镜的研究与开发 :手柄式[5] 、磁共振 (MRI) 线圈式 [6]和机器臂式[7] 。其中,手柄式磁控和磁共振线圈式磁控均未被正式批准应用于临床胃部检查,而我国自行研制的一款机器臂式磁控胶囊胃镜检查系统,已获得我国国家食品药品监督管理总局 (CFDA) 的“磁控胶囊胃镜系统”注册证和欧盟 CE 认证 ( 国械注准 20173223192),成为目前惟一应用于临床的磁控胶囊胃镜。

  Navicam 磁控胶囊胃镜检查系统 [MagneticallyControlled Capsule Gastroscopy System,上海安翰医疗技术有限公司和安翰光电技术 ( 武汉 ) 有限公司 ]由胶囊胃镜、遥控磁球和控制台组成。胶囊胃镜长27 mm、直径 11.8 mm、重 5 g,内含 300 余个元器件,包括一枚永磁体和一个 CMOS 图像传感器,观察视角 140°。遥控磁球是一个 C 型机器臂式的永磁体,应用强度约为 0.02 T,与胶囊胃镜内的永磁体互相作用,可在体外控制胶囊在胃腔内进行精确的运动。在这种控制方式下,磁控胶囊胃镜在三维直线方向的小步长平移仅为 2 mm,可将胶囊胃镜精准移动到胃三维空腔内的任何部位,同时还实现磁控胶囊胃镜自如小角度 (3°) 转动,有利于对病灶进行多角度的观察,极大地增加了胃腔检查的完整度和病变观察的准确性[7-8] 。控制台由显示器和左、右操纵杆组成,操作者可通过操纵杆控制机器臂,从而控制胶囊胃镜在胃腔内的运动。CMOS 图像传感器以 2 F/s的频率进行连续拍摄,并将摄录图像实时反馈在显示器上供操作者进行观察。目前,Navicam 磁控胶囊胃镜检查系统已经在英国、德国、西班牙和我国数百家医疗机构应用数十万例次。

  与传统电子胃镜相比,磁控胶囊胃镜对胃黏 膜 疾 病 诊 断 的 敏 感 度 为 85%~92%,特 异 度为 67%~95%,与 传 统 胃 镜 检 查 结 果 一 致 性 为87%~98% [9] 。2016 年全国 7 个中心进行了一项前瞻性、多中心、自身对照临床研究,以传统电子胃镜作为金标准,入选了 350 例有临床症状的患者,磁控胶囊胃镜诊断胃局灶性病变 ( 包括溃疡、息肉、黏膜下隆起、憩室、黄斑瘤等 ) 的敏感度为 90.4%,特异度为94.7%,阳性预测值为 87.9%,阴性预测值为 95.9%,诊断准确率为 93.4% [10] 。可见,磁控胶囊胃镜对于胃黏膜局灶性病变的检出率近似于传统电子胃镜,且相比于传统电子胃镜,具有无创、无痛、无麻醉、无交叉感染等优势,人群接受度高[11] 。然而,磁控胶囊胃镜有时不能完整观察食管和十二指肠,暂无法进行病理活检,也不具备内镜下治疗功能。胶囊内镜具有滞留胃肠道的风险。胶囊滞留是指胶囊内镜检查后胶囊内镜停留于胃肠道 2 周以上无法自行排出体外。小肠胶囊内镜的滞留率为 1.4%~2.6% [12] ,通常由小肠器质性病变引起肠腔狭窄所致,而磁控胶囊胃镜检查对象主要是怀疑胃病患者,小肠疾病相对少见,所以胶囊滞留的发生率极低,目前未见相关临床报道。

  2 磁控胶囊胃镜的未来发展趋势

  经过近 20 年的发展,胶囊内镜已成为小肠疾病的一线诊断方式。随着硬件和软件上的不断创新,胶囊内镜的适应证已经扩展到食管、胃和结肠。然而与传统消化道内镜相比,依然存在一些技术瓶颈,影响整体诊疗过程和结果。

  磁控胶囊胃镜的整体带电检查时间约为 10 h,胃腔内检查时间约 20 min,所以其在空肠、回肠及结肠中的检查时间在 9 h 左右。由于受检者肠道蠕动速度各不相同,而磁控胶囊胃镜在肠道中是依赖自身重力和肠道蠕动被动行进,并非由磁力控制,故其在每个受检者肠道内的停留时间也不尽相同。若磁控胶囊胃镜前进速度缓慢,可能在排出体外前耗尽电量,导致检查不完全。有研究显示,胶囊小肠镜的电量增加 50%,可使其摄像时间延长 14%,肠道检查完整度提高 5% [13] 。目前,延长胶囊内镜工作时间的方法主要是优化其内部数据处理算法,降低处理器功率,减少能耗[14] 。提高胶囊内镜本身的电量储备及寻找其他能够减少能耗的方法,值得进一步探究。

  磁控胶囊胃镜与普通胃镜相比,最大的弊端是无法进行活组织检查。目前,胶囊内镜活检技术仍处于研发阶段,暂未运用于临床实践。有学者利用磁场控制胶囊内镜的运动,并控制自身折叠式微夹持器的释放、展开及收回,有效完成体外组织活检操作[15] 。拥有安全、精准、足量的活检能力,是目前胶囊内镜研发的重要方向。

  胶囊内镜是针对不明原因消化道出血的重要检查手段,然而却无法进行干预性治疗。Valdastri等[16]首次报道了胶囊内镜治疗消化道出血的体内试验,他们利用磁场控制胶囊定位,并释放镍钛合金夹子夹闭出血点。Poon 等[17]研制出一种可自体膨胀成球囊的胶囊内镜,用于病灶的局部性压迫止血,体外实验时球囊平均压力可达 150~210 mmHg (1 mmHg=0.133 kPa),止血效果满意。拥有止血功能的磁控胶囊胃镜的出现,将为上消化道出血及小肠出血的诊疗方式提供新的思路。

  除了止血治疗,通过胶囊内镜局部给药的研究也日益增多。相比全身给药,局部给药剂量小、副反应小、针对性强。对于胃出血、胃溃疡、炎症性肠病及小肠出血等疾病,磁控胶囊胃镜可携带药物于病灶处释放,达到局部治疗的效果,临床应用前景良好。使用胶囊内镜携带并于指定位置释放药物,必须具备两个关键技术:(1) 锚定机制,准确定位胶囊;(2) 药物释放调控机制,控制速度及剂量。已有学者成功使用磁场控制胶囊内镜行进至消化道指定位置,并通过远程遥控释放药物[18] 。如前所述,磁控胶囊胃镜带电时间约 10 h,胃腔内检查时间约 20 min。按照 2 F/s 的拍照频率计算,检查结束后将产生 2000~3000 张胃部检查图片,以及 3~4 万张肠道检查图片。在海量的检查图片中准确筛选出病变图片,需要耗费阅片者大量的时间和精力,极易造成疲劳导致漏诊和误诊,故不同于传统电子胃肠镜检查,磁控胶囊胃镜的检查报告生成周期为 3~7 d。此外,阅读图像诊断疾病是一种主观性很强的诊断方式,诊断的准确性将受到阅片者诊断能力的影响,对阅片者的资历和经验具有一定要求。有限的医疗资源和庞大的阅片工作量之间的矛盾,制约了磁控胶囊胃镜在我国的快速普及。胶囊内镜检查结束后,为了快速获得准确、客观、无遗漏的检查结果,人工智能技术正逐步被应用于胶囊内镜图片的阅读与诊断。

  Yuan 等[19]提出一种全新的图像特征算法SSAEIM,使用该算法对 35 例小肠胶囊内镜检查共4000 张检查图片 (3000 张正常图片及 1000 张小肠或结肠息肉图片 ) 的特征进行深度学习。学习后,基于 SSAEIM 算法的人工智能系统对于胶囊内镜下肠道息肉的整体识别率达 98%,极大地提高了阅片效率。据悉,该套系统已开始在临床中试验性使用。除了息肉,能够对炎症性肠病和消化道出血的胶囊内镜图像进行自动识别的人工智能系统也正处于研发阶段[20] 。目前,应用于胶囊内镜检查的人工智能技术大都针对下消化道病变,对于食道及胃腔内病灶的人工智能辅助诊疗技术的相关研究并不多。由我科联合国内某医学科技公司共同研发的一款磁控胶囊胃镜智能阅片系统,于 2017 中国内镜医师大会上发布。该系统使用人工智能深度学习卷积神经网络,对磁控胶囊胃镜共 5574 张胃部检查图片 (2860张正常图片及 2714 张病变图片 ) 进行学习和训练。使用该系统进行阅片,可从原始检查数据中快速(0.15 s/ 张 ) 筛选出病变图片,并针对胃部常见疾病( 溃疡、息肉、糜烂、肿瘤等 ) 进行自动分类和标记。经小样本量测试 (12 例磁控胶囊胃镜检查共 23 679张胃部检查原始图片 ),病例漏诊率 0,阳性病灶图片筛查敏感度 95%,病变类型 ( 平坦型、凹陷型、隆起型 ) 识别准确率 95%。增加样本数量和样本特征并改善算法进行深度学习,是增强人工智能技术的基础[21] 。随着对不同病灶图片的不断学习以及对算法的不断优化,磁控胶囊胃镜人工智能辅助诊断系统将越发成熟,其“经验”会越来越丰富,其“功能”也会越来越强大。

  综上,随着软硬件技术的不断提升,最终能够根据疾病诊疗的具体需求建造个性化的磁控胶囊内镜[22] 。与传统电子胃镜相比,磁控胶囊胃镜将凭借其无创性和舒适性赢得大量病患和医生的使用,相关的临床研究也会越来越丰富。磁控胶囊胃镜技术的快速发展和成果转化,需要基础学术、临床试验和生产企业之间相互协调与合作,缺一不可。

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